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1目录第一章自动化工程训练设计的目的意义.........................11.1设计目的....................................................11.2课程在教学计划中的地位和作用................................1第二章空气湿度测量与报警系统软硬件设计任务................32.1设计内容及要求..............................................32.2课程设计的要求..............................................3第三章总体设计方案............................................53.1总体设计思想................................................53.2总体设计流程图............................................6第四章硬件设计.................................................74.1硬件设计概要................................................74.1.1湿度采样电路............................................74.1.2驱动器接线..............................................84.2所用到的芯片及其各自功能说明................................84.2.1芯片列表................................................84.2.28032的功能简介.........................................94.2.3ADC0809的功能简介......................................94.2.48279的功能简介........................................114.2.5LCD的功能简介.........................................124.2.6湿度传感器.............................................12第五章软件设计................................................145.1系统模块...................................................145.2各模块介绍.................................................14第六章系统调试及使用说明....................................186.1系统调试...................................................186.2使用说明...................................................18第七章收获、体会.............................................19参考文献.........................................................20附录..............................................................212第一章课程设计的目的、意义1.1设计目的通过微控制器的硬件和软件的学习，使学生对单片机系统有一个全面、深刻的了解，能够熟练掌握芯片的工作原理和使用方法，从硬件和软件两方面的基础上对所学知识进行应用，对在课程设计过程中遇到的问题进行相关处理并分析结果，使学生能够在实际应用的过程中掌握软、硬件应用的精华部分，能够进行相对独立的程序设计和硬件设计，本质上实现了《微控制器技术》课程的教学目的。此次设计主要能够完成对空气湿度的测量监控和数据处理以及显示报警功能的实现，可以通过键盘输入参数来设置系统得目标值和报警值，通过LCD来显示当前相对湿度值和键盘输入的目标值、报警值。当当前相对湿度值达到某种程度时，作出对应得驱动和报警。1.2课程在教学计划中的地位和作用计算机是当今发展最快的领域，随着计算机技术的发展，与其遥相呼应的微控制器的发展也是惊天地泣鬼神，正是这种软、硬件的更新换代，对学生学习微控制器技术这门课程和掌握相关的硬件知识变得更加重要，做到学以致用，使所学习的知识有助于今后的工作和学习，有必要将课堂上学习的理论和实践的结合，使学生能够真正的独立完成一项有一定知识架构的课程设计，如何自己思考相关的问题，如何去查资料并通过资料汇总得出相关结论，如何去学习新的东西，如何去了解我们生活中智能仪器的相关知识，以及在应用的过程中制定相应的问题的解决方案并通过不断实践来提高学生分析问题和解决问题的能力。因为单片机在日常生活中的可见性和普遍性，使得这次课程设计主要是以生活中常见的电子电器为参考作出设计，例如：空调系统，洗衣机系统，温度监控系统，湿度监控系统。这些在日常生活中使用十分普遍的电器，在课程设计中我们可以从原理上，从内在的运算认识到理论对实践的重要性以及实践来源于理论的意义。对一个系统成功的设计出来后的喜悦感让我们对微控制器的积极性充分3的调动起来了。所以说在这个经世致用的中南大学和创新型社会下，课程设计是必不可少，更是重中之重，意义重大性是不可忽视的。4第二章空气湿度测量与报警系统软硬件设计任务2.1设计内容及要求设计出具有A/D采样、键盘输入参数设置的空气湿度检测、处理、显示和报警，并且可在线键盘参数设置、定时检测、显示和喇叭与灯光报警的空气湿度测量与报警系统。2.2课程设计的要求2.2.1课程设计的基本要求如下：1）．掌握单片微控制器硬件结构和工作原理、中断与定时系统等基本概念和原理；2）．熟悉8/16位单片微控制器（8X51/196系列）的主要功能单元和指令系统；3）．利用微控制器的接口技术进行简单的测控及自动化应用系统设计；2.2.2课程设计的具体要求如下1）湿度采样由于湿度传感器的湿度检测转换并提供0-5V的信号输入,因此课程设计要求A/D多路采样电位器的输入电压,0-5V转换为00-0FFH数字信号,并存储计算显示.同时通过双通道采样同一个电位器的输入求平均值来保证采样的精度和显示值的稳定性.在此同时，增加第三通道独立采集，比较两种情况。2）报警处理键盘输入湿度的目标值和报警值,对采样进来的当前信号转换成数字信号后,与目标值和报警值做比较:（1)若当前值低与目标值,则属于干燥状态,亮绿灯灯;此时，应启动加湿器。（2)若当前值高于目标值同时低于报警值,则属于正常状态,亮黄灯;5（3)若当前值高于报警值,则属于高湿度危险状态,两红灯,同时喇叭报警，并启动干燥器。（3）键盘输入和显示通过键盘输入的参数(目标值和报警值)同时进行显示,对当前采样值进行动态显示，并可在线修改参数。第三章总体设计方案63.1总体设计思想总体设计思想分为以下六点：1)定义53H,63H,73H分别为目标值,报警值,当前值的存储区.首先调用一次显示程序,静态显示”请同时输入目标值和报警值,按功能键确定”,将输入的十进制值分别送到53H和63H,在P3.2有一个脉冲输入时，重新进入键盘扫描程序，否则完成键盘输入功能,并可在线修改参数;2)通过AD转换将输入的电压信号转换为数字信号并调用数制转换程序,将16进制的当前值转换为十进制的三位数,同时存储在73H,完成信号检测和数制转换功能;3)对转换后的当前值和输入的目标值,报警值做比较,运算后,根据不同的比较结果,改变,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4，P1.5的状态,完成比较功能;4)将当前采样值,键盘输入的目标值和报警值分别显示在LCD对应的位置上,完成显示功能;5)根据3)中的改变情况,分别驱动红黄绿灯以及喇叭,P1.4,P1.5分别接干燥器和加湿的驱动器,完成报警功能.6)作适当延时,在返回到AD转换阶段之前，判断P3.2的电位，若收到一脉冲，则此时开始重新初始化，进入键盘扫描程序，若没检测到，则继续采样重新扫描完成定时检测功能.总体设计思想就为这样的不断循环,其中因为P1.4,P1.5的存在有一定的反馈控制,但是由于实验要求中并没作要求,因此,软件程序中对P1.4,P1.5的改变,以及硬件电路中对P1.4,P1.5的驱动接线并没有在实验室实现。3.2总体设计流程图程序流程图如图3.17第四章硬件设计4.1硬件设计概要开始初始化及初始显示扫描键盘，键盘输入程序启动AD双通道采样采样值转换采样值与设定值比较输出显示程序报警驱动处理程序需要修改参数？是否图3.1程序流程图84.1.1：湿度采样电路：湿度采样电路用高分子湿度传感器CHR01为复合型电阻型湿度敏感部件，其复阻抗与空气相对湿度成指数关系，直流阻抗（普通数字万用表测量）几乎为无穷大，与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电，由于水分子为极性分子，在直流电存在的情况下，会电离，分解，从而影响导电与元件的寿命，所以要求采用交流电路对传感器进行供电。湿度传感器由于其必须的激励通过交流电来实现，及不同温度特性下阻抗不同的特性，决定了其在AD采样电路中必须采用动态采样的方法，并同时采样温度信号。具体电路示意图4.1如下：图4.1湿度采样电路参数设计：R0采样电阻的阻值通常建议在30－50KΩ，侧重高湿测量，采样电阻阻值可降低到20KΩ，低湿阻值可提高到100KΩ。在信号的正周期内的中间段进行采样，直接通过分压法采集，注意采样时间，通过电压采样后得到V0，计算如下：RX=R0*(V-V0)/V0同时检测当前温度T，通过查阅湿度传感器Z/RH/T数据表，在不同温度下RX的值推算出当前的相对湿度RH%。9不同单片机可能得到的数据会有所不同，可通过软件进行矫正。4.1.2报警驱动接线P1.1接红灯P1.2接黄灯P1.3接绿灯P1.4可同时接喇叭和干燥驱动器P1.5接加湿驱动器4.2所用到的芯片及其各自功能说明4.2.1芯片列表（如表4.1）表4.1芯片列表芯片名称规格数量备注80321片八位单片机ADC08091片八位模数转换芯片74LS1641片74LS022片四2输入或非门82791片可编程键盘/显示接口LCD1片液晶显示器湿度传感器CHR011片4.2.28032的功能简介108031单片机采用40脚双列直插式封装结构，引脚配置如图4.3所示。图4.380C32引脚图4.2.3ADC0809的功能简介图4.4AD0809芯片图ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8个单断模拟输入信号中的一个进行A/D转换。1．主要特性1）8路8位A／D转换器，即分辨率8位。112）具有转换起停控制端。3）转换时间为100μs4）单个＋5V电源供电5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度7）低功耗，约15mW。2．内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近3．外部特性（引脚功能）ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13．23所示。下面说明各引脚功能。IN0～IN7：8路模拟量输入端。2-1～2-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通